Efetos nÃo lineares em lÃquidos orgÃnicos e meios nanoestruturados

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2004

RESUMO

Neste trabalho reportamos o estudo de efeitos nÃo lineares transversais em lÃquidos orgÃnicos, dissulfeto de carbono (CS2) e dimetil-sulfÃxido (DMSO), e de efeitos de emissÃo fluorescente em meios nanoestruturados, mais especificamente, conversÃo ascendente de freqÃÃncias em nanocristais de titanato de bÃrio dopados com Ãons de Ãrbio (BaTiO3:Er3+) e emissÃo tipo laser em uma nanoestrutura de opala inversa de sÃlica infiltrada com rodamina. Os efeitos transversais sÃo discutidos na primeira parte deste trabalho. Em um primeiro momento, estudamos uma difraÃÃo cÃnica induzida por laser quando dois feixes de luz se propagam co-linearmente em um meio nÃo linear, DMSO, na configuraÃÃo âpump-probeâ. AtribuÃmos a origem deste efeito à susceptibilidade nÃo linear de terceira ordem e o descrevemos teoricamente utilizando a integral de difraÃÃo de Fresnel-Kirchhoff. Seguindo esta mesma linha de pesquisa, observamos tambÃm uma difraÃÃo cÃnica quando dois feixes de luz intensos, degenerados ou nÃo em freqÃÃncia, interagem com um meio nÃo linear, CS2 ou DMSO, em uma configuraÃÃo nÃo co-linear. Luz à emitida ao longo da superfÃcie de cones, que estÃo centrados na direÃÃo de propagaÃÃo de cada um dos feixes, e com uma extensÃo angular igual a duas vezes o Ãngulo formado pelos feixes incidentes. Desenvolvemos um modelo que explica este efeito pela amplificaÃÃo do ruÃdo, proveniente do espalhamento Rayleigh de parte dos feixes incidentes, devido a uma combinaÃÃo dos efeitos nÃo lineares de instabilidade modulacional, emissÃo de dois feixes e difraÃÃo nÃo linear de Bragg. A segunda parte do trabalho està relacionada ao efeito de conversÃo ascendente de freqÃÃncias em nanocristais de BaTiO3:Er3+. Nossos estudos foram realizados com amostras de dimensÃes menores que o comprimento de onda da luz. TrÃs experiÃncias foram realizadas. Na primeira, produzimos este efeito na amostra com um laser de corante sintonizÃvel, emitindo na regiÃo de 638-660 nm e observamos a emissÃo verde proveniente dos nÃveis 2H11/2 e 4S3/2 do Er3+. Modelamos este fenÃmeno a partir de um sistema de equaÃÃes de taxa, e observando um efeito de saturaÃÃo quando o laser à ressonante com a transiÃÃo 4I15/2 → 4F9/2. Noutra experiÃncia, utilizamos um laser de diodo operando no infravermelho (980 nm) e observamos bandas de emissÃo centradas nos comprimentos de onda de 525 nm, 547 nm e 650 nm, que correspondem a transiÃÃes a partir dos nÃveis excitados 2H11/2, 4S3/2 e 4F9/2 do Er3+ para o estado fundamental respectivamente. Estudamos o acoplamento tÃrmico entre os nÃveis 2H11/2 e 4S3/2, analisando a dependÃncia da intensidade relativa destas emissÃes com a temperatura da amostra. Observamos tambÃm que este efeito depende do tamanho do nanocristal utilizado. A partir deste estudo propomos a utilizaÃÃo deste sistema como um nanosensor de temperatura. Por fim, na terceira experiÃncia, investigamos a possibilidade de se utilizar este sensor em meios biolÃgicos. Realizamos medidas com um laser de diodo (800 nm) em ambientes diferentes (ar, Ãgua e glicerol) e observamos que a sensibilidade do sensor depende apenas do tamanho das partÃculas.Nossa anÃlise sugere que o acoplamento elÃtron-fÃnon sentido pelos Ãons de Ãrbio da superfÃcie muda de acordo com o tamanho da partÃcula. Na parte final deste trabalho, estudamos a emissÃo tipo laser em opala inversa de sÃlica infiltrada com rodamina. Este tipo de estrutura à constituÃdo por um arranjo regular de poros nanomÃtricos em um material sÃlido. Para determinadas condiÃÃes de Ãndice de refraÃÃo e geometria, esta estrutura pode apresentar um âband gapâ fotÃnico. Contudo, trabalhamos com freqÃÃncias de excitaÃÃo e emissÃo fora do intervalo de freqÃÃncias do âband gapâ das amostras estudadas. Excitamos a fluorescÃncia do corante com o segundo harmÃnico de um laser de Nd:YAG e observamos uma reduÃÃo da largura de linha da emissÃo ao passo que a intensidade da fluorescÃncia crescia nÃo linearmente com o aumento da potÃncia do laser de excitaÃÃo. Explicamos este efeito pelo mÃltiplo espalhamento dos fÃtons de fluorescÃncia nos defeitos na estrutura do material, aumentando com isso o caminho Ãptico percorrido por estes fÃtons e o nÃmero de molÃculas de corante com as quais estes interagem. AlÃm disso, efeitos de campo local devem participar do processo, favorecendo a amplificaÃÃo de luz por emissÃo estimulada nesse material

ASSUNTO(S)

efetos nÃo lineares lÃquidos orgÃnicos meios nanoestruturados fisica

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